汽輪機渦輪技術研究

王慶生

摘 要：由于渦輪機組件損失的累加，渦輪效率遞減，渦輪葉片對渦輪整體效率有重要影響個改進的葉片設計，著重抵抗應力、腐蝕劑和蠕變溫度，提高渦輪效率，從而提高發(fā)電廠的整體效率。

關鍵詞：汽輪機渦輪；技術；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.045

隨著中國工業(yè)的大力發(fā)展，電力工業(yè)也發(fā)展迅速，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的基礎和支柱產(chǎn)業(yè)。汽輪機行業(yè)的產(chǎn)品品種快速發(fā)展，由300MW提升到600MW，再到1000MW甚至超超臨界。生產(chǎn)總值達到600億元。年產(chǎn)量達到100000MW，在國家能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020 ）中提出新核電項目建設，內(nèi)陸核電建設到2020年核電裝機容量到達5800 萬KW。

1 渦輪效率

由于渦輪機組件損失的累加，渦輪效率遞減，渦輪葉片對渦輪整體效率有重要影響，最壞的情況下還會引發(fā)渦輪機的故障，需要關閉發(fā)電機。也會增加渦輪機的維護成本。出現(xiàn)缺陷是時，葉片裂紋和腐蝕，氣動嚴重受損，導致效率下降，葉片和蒸汽之間的相互作用，增加了燃料的消耗，增加了運營成本，最終反映在消費者成本的增加。為了減少能源正本，需要改建葉片設計。燃料消耗量的增加必然會提升發(fā)電廠的排放量。燃燒化學燃料的發(fā)電廠，二氧化碳的排放量有所上升，改善渦輪技術使用更清潔，可再生燃料，減少了不必要的排放。

2 渦輪可持續(xù)性

可持續(xù)力作為能夠節(jié)約自然資源的技術能力，對環(huán)境沒有不良影響，成為人們目前關注的主要問題?，F(xiàn)代社會已逐漸減少依賴化石燃料的儲備，熱電聯(lián)產(chǎn)技術的發(fā)展，可持續(xù)技術的發(fā)展，可再生能源技術，對汽輪機行業(yè)影響很大。熱電聯(lián)產(chǎn)從單一的燃料輸入變成典型的兩種不同形式能量，機械能和熱能，應用到全球各種制造業(yè)。不僅降低了運營成本，也減少耗電量，減少了制造商對環(huán)境的污染。使用可再生燃料為共同發(fā)電提供更多可持續(xù)的技術，不但會帶來額外的好處，對環(huán)境的影響更小。除了制造業(yè)得到的益處，還能從燃燒外殼中得到好處。由于外殼含量大部分是二氧化硅，如果加熱到700°C就可以保留無定形硅。因此，純硅廣泛應用于電腦芯片和其他點擊產(chǎn)品設備。此外，鈉和硅酸鉀，用于粘合劑和洗滌劑以及用于制藥產(chǎn)品。此外，發(fā)現(xiàn)1千克稻殼可以產(chǎn)生等能量的“1.5 kg煤和1.0 kg的油。這表明，蒸汽發(fā)電機不管用于工業(yè)上還是商業(yè)上，可以分類為一些最可持續(xù)的能源發(fā)電技術。這兩種技術的結合（可再生燃料和改進的渦輪葉片設計）提出了一個顯著的高效、可持續(xù)的發(fā)電方法。如果這個組合可以在全球各地的發(fā)電廠實施，將減少各自的經(jīng)營費用，因為越來越少的昂貴的燃料消耗。最終，這降低了運營成本將反映出消費者的能源成本下降。事實上，這類技術，如廢物轉化能源焚燒商業(yè)和工業(yè)廢物產(chǎn)生能源），已經(jīng)在部分國家汽輪機中實現(xiàn)了。

模態(tài)分析是進行其他動力學分析的基礎，轉子內(nèi)表面冷卻慢，升溫率影響應力值和壽命損耗率，啟動停止優(yōu)化準則可以對調峰方式評估，選取適當?shù)拈g隔時間，在轉子中心調節(jié)級，計算汽輪機的冷態(tài)啟動，溫太啟動，熱態(tài)啟動，停機過程的溫度場，暖機過程會比較緩慢，內(nèi)外表面溫差加大，蠕變斷裂時間變短，壽命的評估一般采用線性累積損傷法，當轉子振幅超過動靜間隙，出現(xiàn)碰摩，使一部分動能轉變成熱能。間隙的變化引起摩擦變化，在碰摩周期內(nèi)，轉子與靜子隔離開，溫度分布不均勻，當轉速低于臨界值時，滯后角小于90度，故障產(chǎn)生震動信號，摩擦加劇引起轉子的彎曲變形。通過仿真研究分析轉子的熱應力分布，找出危險位置，對轉子故障研究有積極的作用。

汽輪發(fā)電機組分為單機運行和并列運行兩種運行方式。并列運行時，對機組的轉速與電網(wǎng)保持同步，而負荷隨著電網(wǎng)頻率的變化按照機組調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性而變化，從而參與電網(wǎng)的一次調頻。盡管燃燒廢料價格相對便宜，使用方便，但是垃圾焚燒有一些嚴重的缺點，最突出的問題就是釋放毒素污染空氣，也給人類帶來嚴重的健康風險。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)垃圾焚燒會產(chǎn)生危險的化合物，如二惡英、二氧化硫、二氧化氮以及許多其他有不同毒性的物質。這使得嚴格的排放水平要求，無論有意還是無意，都導致了一些因此類事件而關閉的設施。然而排放控制技術和焚燒技術的進步，重新開啟了燃燒廢料的可能性的大門。

在沖動式式渦輪機中，蒸汽是定向的在固定的直接作用在噴嘴轉子葉片上。蒸汽接觸到葉片產(chǎn)生脈沖，使轉子轉動。然而，必須指出的是，在實踐中，沒有純粹的脈沖式渦輪機，但只有一些被認為是“低反應”渦輪機。因此，除了蒸汽，還有可能是彎曲應力，在脈沖渦輪葉片中發(fā)現(xiàn)的應力可能與反動式渦輪機的應力相似。所有的應力都會產(chǎn)生裂紋，會破壞葉片的結構完整性，造成葉片的腐蝕。

3 汽輪機變負荷運行能耗優(yōu)化

汽輪機需要比常規(guī)電廠更快速度啟動鍋爐，汽輪機在變工運行時，轉子內(nèi)部處于非穩(wěn)態(tài)溫度場，高壓，高溫環(huán)境讓轉子受力情況復雜，參數(shù)的設定不當，會造成更大損耗。為使超臨界機組更快速響應電網(wǎng)調峰要求，必須優(yōu)化汽輪機的啟動過程，優(yōu)化啟動在低周疲勞壽命損耗增加0.0045%，啟動時間也縮短229min。通過實例仿真實現(xiàn)最佳溫升率啟停的動態(tài)優(yōu)化控制，進行數(shù)值實驗，觀察iqdong過程溫度、差膨等參數(shù)是否超過限定，對于前后計算結果數(shù)據(jù)，實現(xiàn)最佳啟動、停機、變負荷的過程控制。 還要提高機組的等效可用系數(shù)，提高控制系統(tǒng)的MTBF，降低MTTR。利用先進的科學技術去改造原有老式汽輪機控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)內(nèi)部，除正常調整信號外，不影響系統(tǒng)的正常工作并易于實現(xiàn)的擾動信號是同步器給定，這種擾動激勵方式在任何時候都可以通過運行人員的操作來實現(xiàn)。

依據(jù)最新的材料技術和結合清潔能源，可再生燃料的使用，設計了最堅固的渦輪葉片提升效率，產(chǎn)生大量電能。一個改進的葉片設計，著重抵抗應力、腐蝕劑和蠕變溫度，提高渦輪效率，從而提高發(fā)電廠的整體效率。減少消耗的燃料量，最終減少運營成本。總的來說這樣的技術提供一種高效、可行可持續(xù)的方法生產(chǎn)電能，使社會收益。

參考文獻：

[1]徐大懋，儲品昌，傅小生.蒸汽循環(huán)電站主設備的容量匹配[J].中國電機工程學報，2009，29（20）：25-29.